EP0250718A1 - Stromversorgung für einen induktiven Verbraucher, insbesondere eine Gradientenspule, mit Steuer- und Regeleinrichtung - Google Patents

Stromversorgung für einen induktiven Verbraucher, insbesondere eine Gradientenspule, mit Steuer- und Regeleinrichtung Download PDF

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EP0250718A1
EP0250718A1 EP87104437A EP87104437A EP0250718A1 EP 0250718 A1 EP0250718 A1 EP 0250718A1 EP 87104437 A EP87104437 A EP 87104437A EP 87104437 A EP87104437 A EP 87104437A EP 0250718 A1 EP0250718 A1 EP 0250718A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
consumer
tap changer
current
setpoint
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP87104437A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Albert Dipl.-Ing. Müller
Ingemar Dipl.-Ing. Neuffer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP0250718A1 publication Critical patent/EP0250718A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/385—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using gradient magnetic field coils
    • G01R33/3852—Gradient amplifiers; means for controlling the application of a gradient magnetic field to the sample, e.g. a gradient signal synthesizer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels

Definitions

  • the invention relates to a device for generating short current pulses with a high slope and a large final value for inductive consumers, in particular for gradient coils for magnetic resonance imaging, in which a high consumer voltage is applied to maintain a pulse and a low one to maintain it.
  • magnetic fields which can be moved in all three spatial directions are superimposed on the magnetic resonance signals recorded by the object to be examined in addition to a constant basic magnetic field.
  • the latter are also called gradient fields and have a magnetic field strength that increases linearly in the respective direction. They are a prerequisite for the reconstruction of an object image and are preferably generated by high-frequency pulsing of so-called gradient coils, which results in high demands on the power supplies required to supply them. These have to build up or break down pulsed currents with several 100 A final value with rise times that are in the millisecond range.
  • DE-OS 31 12 280 Another device of this type is known from DE-OS 31 12 280.
  • a high, constant voltage is first applied to the inductive consumer.
  • a switch is made to a lower supply voltage, which is sufficient to maintain it, and the current intensity is kept constant by changing the voltage acting on the consumer via a control device.
  • Freewheeling circuits are used to break down the respective current pulses, some of which are closed by switching on additional electronic valves and, under certain circumstances, enable the energy contained in the inductive consumer to be fed back into one of the two voltage sources.
  • the invention is based on the object of realizing a device for high-precision and low-loss generation that can be realized with justifiable economic outlay Specify precisely defined current pulses, in particular with a predetermined high edge steepness and large final value, for feeding inductive consumers.
  • the required current pulses can follow one another irregularly and in particular have different end values.
  • the current pulses can be given a constant rise or fall time that is independent of the respective end value.
  • the object of the invention is achieved by a device which consists of a tap changer for presetting the amount of the respective consumer voltage, from an adjustable voltage source in series with tap changer and consumer for fine adjustment of the amount of the consumer voltage, from a voltage switch through which the respective consumer voltage in its The sign is applied to the consumer in such a way that the individual current pulses are quickly built up or broken down, and from a switching and control device which controls the tap changer, the controllable voltage source and the voltage changeover switch depending on the final value, the edge steepness and the sign of the pulses , consists.
  • the tap changer consists in particular of groups of identical voltage sources arranged in series and a switch network connected to them.
  • a control and regulating device preferably consists of a system model which, in accordance with the load resistance R V and the load inductance L V, from the predetermined shape i V * (t) of the respective current pulse, the setpoint U V * of the consumer voltage according to the equation piloted. It also contains in particular an analog-digital converter that converts the setpoint of the consumer voltage into a binary number and a decoder that uses the tap changer according to the amount of the binary number to preset the consumer voltage and the voltage switch according to the sign of the binary number for correct application controls the consumer voltage.
  • control and regulating device preferably contains a voltage regulator, which controls the adjustable voltage source depending on the difference between the output voltage of the tap changer and the amount of the setpoint of the consumer voltage, and depending on the deviation of this difference from the output voltage of the adjustable voltage source.
  • an additional consumer current controller forms a correction signal from the control deviation of the actual consumer current and the desired value and applies the desired value of the consumer voltage.
  • a standardized ramp-function generator with adjustable integration time is started with each pulse increase or decrease and after multiplication of the integrator output and input variables by the respective final values the target course of the individual current pulses and their derivatives are output as parameters.
  • the standardized ramp-function generator contains in particular an integrator which is controlled by a comparator and which is negative-coupled at its input.
  • An additional device for eddy current compensation advantageously consists of a number of parallel transmission elements with differentiating-delaying elements which is dependent on the eddy current time constants to be taken into account Behavior. These switch on an output sum signal of the control deviation of the consumer current regulator which is dependent on the target profile of the respective current pulse. It is also particularly advantageous if the switching and regulating device contains a device for network compensation. When this exceeds or falls below a maximum or minimum value of the setpoint of the voltage regulator, a binary counter is counted down and up and its content is added to the binary number. Finally, in particular the control deviation of the consumer current controller, a value formed in a setpoint generator is applied as a substitute for the influence of shim coils which are otherwise additionally attached to the inductive consumer.
  • the voltage switch of the device according to the invention preferably consists of four switches arranged in the form of a bridge, the consumer being arranged in its transverse branch.
  • Each of the four switches preferably consists of a switching transistor with an anti-parallel freewheeling diode.
  • the voltage values of the groups of mutually identical voltage sources of the tap changer are in particular graded in such a way that the voltage value of each source of a following group corresponds to the sum of all voltage values of this group increased by the voltage value of a source of the preceding group. It is particularly advantageous if the lowest value of the binary number corresponds to the smallest voltage that can be specified by the tap changer, and the maximum voltage that can be specified at the adjustable voltage source corresponds to the smallest voltage that can be specified by the tap changer.
  • the adjustable voltage source itself consists in particular of a diode bridge, in which a transistor with a linearly controllable collector-emitter voltage is arranged in the shunt arm.
  • the switches of the tap changer are preferably designed as two antiparallel transistors, each with a series diode arranged in the collector-emitter direction. Finally, it is particularly advantageous if a protective diode is arranged in the reverse direction at the output of the tap changer.
  • the power supply according to the invention can, with a suitable design, meet the above specifications with a reasonable amount of equipment, and is explained in more detail below with reference to FIGS.
  • a so-called "tap changer" STS and an adjustable voltage source SQ are used according to the invention for the rapid and low-loss setting of the voltage U V at the inductive consumer V required to build up, maintain and reduce the desired current pulses i V (t) 2 are shown.
  • the step switch STS preferably consists of groups of voltage sources U 1 ... U 1N , U 2 ... ... U 2M to U P1 ... U PZ arranged in series, the output voltages of all sources of each group having the same amount.
  • S PZ is by a switching and Control device SRE is controlled in such a way that the consumer voltage U V necessary for the assembly / disassembly or maintenance of the respective consumer current pulse is preset as precisely as possible by connecting a suitable combination of voltage sources in series.
  • the adjustable voltage source SQ is also controlled by the switching and control device as a function of the output voltage U SV of the step switch STS.
  • the desired consumer voltage can thus not only be set very quickly and precisely, but the losses which occur, in particular in the adjustable voltage source, are minimal because of the relatively small voltage setting range there.
  • the specification according to the invention of the consumer voltage U V driving the coil current i V enables a particularly low-harmonic and low-loss supply of inductive consumers. This is particularly favored by the fact that voltage sources can be switched on or off in the tap changer as required without interruption.
  • a voltage changeover switch SUS shown in FIG. 2 is used for this purpose, preferably consisting of four switches SR1 to SR4 arranged in the form of a bridge, in which the consumer is connected in the transverse branch between the nodes G and H.
  • the consumer voltage is activated by operating the switches SR1, SR2 or SR3, SR4 in pairs as applied across the control and regulating device to the consumer that the detected via a measuring element actual value of the load current i V a desired target course i V * follows (t).
  • This structure of the power supply according to the invention has the particular advantage that the voltage sources of the tap changer can be used to supply further, preferably identically constructed power supplies.
  • the three power supplies required to set up the three gradient fields for all spatial directions can manage with a single set of voltage sources arranged in groups in a row.
  • the voltage values of the sources of the individual groups and thus the total number of voltage sources in the tap changer are selected in an application-specific manner with regard to the value of the maximum consumer voltage required at the inductive consumer and, for example, to achieve the lowest possible step height or number of sources. It is particularly advantageous if the values of the output voltages of the groups of sources are graduated from one another in such a way that the voltage value of a group following in the series circuit corresponds to the sum of all voltage values of the preceding group increased by one.
  • the maximum setting range of the adjustable voltage source SQ preferably corresponds to the voltage value of one of the sources in a group or is minimally offset from this in order to achieve an uninterrupted total setting range. It is particularly advantageous with regard to the losses if this adjustment range corresponds precisely to the voltage value of the group that has the smallest amount of all groups.
  • a preferred switching and control device for operating the power supply according to the invention according to FIG. 2 consists of a system model SM, an analog-digital converter AD, a decoder DE and a voltage regulator UR. These elements are shown in FIG. 4, among others.
  • the desired course of a desired current pulse is specified in the form of the signals i V * (t) and their derivation di V * (t) / dt the route model that the voltage U V * at the consumer V necessary for driving the pulse according to the equation determined. This represents the known relationship between voltage and current at a real coil of inductance L V and ohmic resistance R V.
  • the consumer voltage setpoint determined in this way is activated by actuating the tap changer STS and the voltage switch SUS via the decoder supplied by the analog-digital converter AD DE and set by controlling the adjustable voltage source SQ via the voltage regulator UR.
  • the setpoint in the analog-digital converter is converted into a binary number BZ.
  • the corresponding switches of the switch network in the tap changer and the corresponding switch pairs in the voltage switch are selected via the decoder DE.
  • the switches of the switch network and their switching states can be assigned almost immediately to the individual digits of the binary number.
  • the tap changer It is particularly advantageous if their smallest valency corresponds to the smallest voltage that can be specified by the tap changer, and this in turn corresponds to the maximum voltage U Q that can be specified via the adjustable voltage source. In principle it is too conceivable to represent the voltage setpoint U V * as a number of any number system. Finally, for fine adjustment of the exact value of the consumer voltage by subtracting the output voltage U SV of the tap changer from the amount formed by the element BB
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of the power supply according to the invention shown in FIG. 2.
  • the voltage sources themselves correspond to the secondary windings of a three-phase transformer, each of which is terminated with an uncontrolled three-phase rectifier and a backup capacitor.
  • the switches of the tap changer are in particular designed as a counter-parallel connection of a switching transistor, each with a series diode arranged in the collector-emitter current conduction direction, for protection against negative collector-emitter voltages.
  • a protective diode FD is arranged in the reverse direction at the output of the tap changer against the voltage U SV . In the exemplary embodiment in FIG. 3, this is connected to the nodes A and B. It also serves as a free run if there is no current path in the tap changer itself.
  • the adjustable voltage source SQ advantageously consists of a power transistor QT operated as a linear regulator, the output voltage U Q of which is set continuously via the voltage control loop with the voltage regulator UR as a function of the collector-emitter voltage U Q.
  • This linear regulator is also arranged in the transverse branch with the corner points E and F of a diode bridge made up of the four diodes QD1 to QD4, so that a current flow i SV is possible in both directions.
  • the consumer voltage U V results from the voltage of the tap changer U SV and the adjustable voltage source U Q depending on the current direction of the current i SV .
  • the voltage changeover switch SUS the four switches of which preferably consist of switching transistors ST1 to ST4, each with an antiparallel freewheeling diode SD4 to SD1, to the consumer V consisting of an equivalent resistor R V and an equivalent inductor L V.
  • control and regulating device SRE It is particularly advantageous to add additional components to the control and regulating device SRE.
  • additional components are in particular a pulse generator PG, a consumer current controller IR, a device for eddy current and network compensation WK and NK, and an additional setpoint generator SG2. These elements are explained in more detail below with reference to FIG. 4.
  • the pulse generator PG enables the specification of precisely defined consumer current pulses i V * (t).
  • a setpoint generator SG1 gives the desired rise and fall times via a logic square wave signal and the desired final values ⁇
  • the square-wave signal controls, via a mixing point M7, a standardized ramp-function generator, which consists of an integrator I, controlled by a comparator K1 and fed back to its input, with an adjustable integration time T A.
  • the standardized output signal of the integrator is evaluated in a multiplier MP1 with the current end value, so that current pulses with rise or fall times independent of the end value result. It is particularly advantageous if the signal at the input of the integrator is also evaluated with the final value via a second multiplier MP2 to control the system model SM and is output for further multiplication by the load inductance L V.
  • a correction signal can preferably be applied to its output signal U V * at the mixing point M3. This is generated by an additional consumer current controller IR from the control deviation of the actual consumer current and setpoint.
  • Another device forms a further correction signal from the consumer current setpoint i V * (t) and switches this on to the control deviation at the input of the consumer current regulator IR.
  • This device WK which is provided for eddy current compensation, takes into account the damping influence of eddy currents which occur during the rapid change in large magnetic fields.
  • transmission elements DT1 ... DTn with differentiating-delaying behavior are connected in parallel, the output signals of which are summed up and applied in an additional mixing point M6 at the input of the controller IR.
  • shim coils To homogenize the magnetic field inside large coils, small correction coils, called shim coils, are often attached from the outside. They can be omitted if their influence on the magnetic field is taken into account particularly advantageously with a so-called "shim setpoint" formed by a further setpoint generator SG2. This is also preferably connected to the input of the consumer current controller IR at the mixing point M6.
  • the decoder DE has the additional task of driving the respective transistor of the corresponding switch in the current flow direction in accordance with the current sign of the current i SV (t).
  • the sign of the current i SV is detected according to Figure 4 via a comparator K4 and one of the two leading signals from the decoder output to each switch S10 ... S24 of Figure 3 activated.

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Abstract

Zur pulsartigen Erzeugung hoher Magnetfelder in induktiven Verbrauchern werden genau definierte Strompulse iV(t) mit hoher Flankensteilheit und hohem Endwert benötigt. Insbesondere in der Kernspintomographie dienen solche Pulse zum Aufbau eines ortsveränderlichen magnetischen Feldes mit möglichst linearem Feldstärkegradienten. Eine Stromversorgung zur Bereitstellung solcher Strompulse besteht aus einer Reihenschaltung eines Spannungsstufenschalters (STS) und einer einstellbaren Spannungsquelle (SQ), deren resultierende Ausgangsspannung zum Auf- bzw. Abbau der einzelnen Pulse vorzeichenrichtig durch einen Spannungsumschalter (SUS) an den induktiven Verbraucher (V) angelegt wird. Eine Schalt- und Regeleinrichtung (SRE) steuert den Stufenschalter, die einstellbare Spannungsquelle und den Spannungsumschalter in Abhängigkeit vorgegebener Sollverläufe der Pulse insbesondere so an, daß diese eine endwertunabhängige Anstiegs- und Abfallzeit haben.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Er­zeugung kurzer Strompulse mit hoher Flankensteilheit und großem Endwert für induktive Verbraucher, insbesondere für Gradientenspulen zur Kernspintomographie, bei der zum schnellen Aufbau eines Pulses eine hohe und zu dessen Aufrechterhaltung eine niedrige Verbraucher­spannung angelegt wird.
  • Insbesondere bei bildgebenden Verfahren in der medizi­nischen Diagnostik werden zur räumlichen Auflösung der vom zu untersuchenden Objekt aufgenommenen Kernresonanz­signale diesem neben einem konstanten Grundmagnetfeld und einem hochfrequenten Wechselfeld zusätzlich in alle drei Raumrichtungen ortsveränderliche Magnetfelder über­lagert. Letztere werden auch Gradientenfelder genannt und haben eine in der jeweiligen Richtung möglichst linear zunehmende magnetische Feldstärke. Sie sind Voraussetzung für die Rekonstruktion eines Objektbildes und werden bevorzugt durch hochfrequente Pulsung soge­nannter Gradientenspulen erzeugt, was hohe Anforderungen an die zu deren Speisung notwendigen Stromversorgungen zur Folge hat. Diese müssen pulsförmige Ströme mit mehreren 100 A Endwert mit Anstiegszeiten auf- bzw. abbauen, die im Millisekundenbereich liegen.
  • Bekannte Anordnungen dieser Art bestehen z.B. aus vier in Form einer Brücke angeordneten Leistungstransistoren, in deren Querzweig der induktive Verbraucher angeschlos­sen ist. Dabei werden bei einer Ausführungsform diese Transistoren als Linearregler mit einem Stellbereich von etwa der Hälfte der gesamten Versorgungsspannung betrie­ben. Die dabei auftretenden großen Verluste werden noch dadurch erhöht, daß wegen der geringen Strombelastungs­fähigkeit jeder der vier Leistungstransistoren der Brücke tatsächlich aus einer Parallelschaltung von etwa 60 realen Transistoren besteht. In einer anderen Ausführungsform werden die Transistoren von einem hochfrequenten, pulsförmigen Signal betrieben, so daß das Verhalten dieser Stromversorgung dem eines Schalt­netzteiles entspricht. Dies hat aber nachteilig einen relativ oberwellenhaltigen Verbraucherstrom zur Folge.
  • Aus der DE-OS 31 12 280 ist eine weitere Vorrichtung dieser Art bekannt. Bei dieser wird zum Aufbau eines pulsförmigen Stromes beliebigen Vorzeichens zunächst eine hohe, konstante Spannung an den induktiven Ver­braucher angelegt. Nach Erreichen einer gewünschten Pulshöhe wird auf eine niedrigere Versorgungsspannung umgeschaltet, die zu deren Aufrechterhaltung ausreichend ist, und die Stromstärke über eine Regeleinrichtung durch Verändern der auf den Verbraucher einwirkenden Spannung konstant gehalten. Zum Abbau der jeweiligen Strompulse dienen Freilaufkreise, die zum Teil durch Einschalten zusätzlicher elektronischer Ventile ge­schlossen werden und unter Umständen eine Rückspeisung der im induktiven Verbraucher enthaltenen Energie in eine der beiden Spannungsquellen ermöglichen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit ver­tretbarem wirtschaftlichen Aufwand zu realisierende Vor­richtung zur hochgenauen und verlustarmen Erzeugung genau definierter Strompulse, insbesondere mit vorgege­bener hoher Flankensteilheit und großem Endwert, zur Speisung von induktiven Verbrauchern anzugeben. Die geforderten Strompulse können dabei unregelmäßig aufein­ander folgen und insbesondere unterschiedliche Endwerte haben. Ferner kann den Strompulsen eine vom jeweiligen Endwert unabhängige konstante Anstiegs- bzw. Abfallzeit vorgegeben werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vor­richtung, die aus einem Stufenschalter zur Voreinstel­lung des Betrages der jeweiligen Verbraucherspannung, aus einer einstellbaren Spannungsquelle in Reihe zu Stufenschalter und Verbraucher zur Feineinstellung des Betrages der Verbraucherspannung, aus einem Spannungs­umschalter, durch den die jeweilige Verbraucherspannung in ihrem Vorzeichen so an den Verbraucher angelegt wird, daß die einzelnen Strompulse schnell auf- bzw. abgebaut werden, und aus einer Schalt- und Regeleinrichtung, welche abhängig vom Endwert,der Flankensteilheit und dem Vorzeichen der Pulse den Stufenschalter, die regelbare Spannungsquelle und den Spannungsumschalter ansteuert, besteht. Dabei besteht der Stufenschalter insbesondere aus in Reihe angeordneten Gruppen untereinander gleicher Spannungsquellen und einem daran angeschlossenen Schal­ternetzwerk.
  • Eine Steuer- und Regeleinrichtung besteht bevorzugt aus einem Streckenmodell, das entsprechend dem Lastwider­stand RV und der Lastinduktivität LV aus der vorgege­benen Form iV*(t) des jeweiligen Strompulses den Soll­wert UV* der Verbraucherspannung nach der Gleichung
    Figure imgb0001
     vorsteuert. Ferner enthält sie insbesondere einen Analog-Digital-Wandler, der den Sollwert der Verbrau­cherspannung in eine binäre Zahl umsetzt und einen Decoder, der den Stufenschalter entsprechend dem Betrag der binären Zahl zur Voreinstellung der Verbraucher­spannung und den Spannungsumschalter entsprechend dem Vorzeichen der binären Zahl zum vorzeichenrichtigen Anlegen der Verbraucherspannung ansteuert. Schließlich enthält die Steuer- und Regeleinrichtung bevorzugt einen Spannungsregler, der die einstellbare Spannungsquelle abhängig von der Differenz aus Ausgangsspannung des Stufenschalters und dem Betrag des Sollwertes der Ver­braucherspannung, und abhängig von der Abweichung dieser Differenz von der Ausgangsspannung der einstellbaren Spannungsquelle ansteuert.
  • Es ist besonders vorteilhaft, wenn in der Steuer- und Regeleinrichtung ein zusätzlicher Verbraucherstromregler aus der Regelabweichung von Verbraucherstromist- und Sollwert ein Korrektursignal bildet und dem Sollwert der Verbraucherspannung aufschaltet. Bei einem weiteren bevorzugt angewendeten Pulsgeber, bei dem durch einen Sollwertgeber Endwerte, Anstiegs- und Abfallzeitpunkte der Strompulse vorgegeben werden, wird bei jedem Puls­anstieg bzw. -abfall ein normierter Hochlaufgeber mit einstellbarer Integrierzeit gestartet und nach Multi­plikation der Integriererausgangs- und Eingangsgrößen mit den jeweiligen Endwerten der Sollverlauf der ein­zelnen Strompulse und deren Ableitungen als Kenngrößen ausgegeben. Der normierte Hochlaufgeber enthält insbe­sondere einen von einem Komparator angesteuerten und an dessen Eingang gegengekoppelten Integrierer. Eine zu­sätzliche Einrichtung zur Wirbelstromkompensation be­steht vorteilhaft aus einer von den zu berücksichtigen­den Wirbelstromzeitkonstanten abhängigen Anzahl paralle­ler Übertragungsglieder mit differenzierend-verzögerndem Verhalten. Diese schalten ein vom Sollverlauf des je­weiligen Strompulses abhängiges Ausgangssummensignal der Regelabweichung des Verbraucherstromreglers auf. Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn die Schalt- und Regeleinrichtung eine Einrichtung zur Netzkompensation enthält. Bei dieser wird bei Über- bzw. Unterschreiten eines Maximal- bzw. Minimalwertes des Sollwertes des Spannungsreglers ein binärer Zähler herunter- bzw. hoch­gezählt und dessen Inhalt der binären Zahl aufaddiert. Schließlich wird insbesondere der Regelabweichung des Verbraucherstromreglers ein in einem Sollwertgeber ge­bildeter Wert als Ersatz für den Einfluß von ansonsten zusätzlich am induktiven Verbraucher angebrachten Shim-­Spulen aufgeschaltet.
  • Der Spannungsumschalter der erfindungsgemäßen Vorrich­tung besteht bevorzugt aus vier in Form einer Brücke angeordneten Schaltern, wobei der Verbraucher in deren Querzweig angeordnet ist. Dabei besteht jeder der vier Schalter bevorzugt aus einem Schalttransistor mit anti­paralleler Freilaufdiode.
  • Die Spannungswerte der Gruppen untereinander gleicher Spannungsquellen des Stufenschalters sind insbesondere so abgestuft, daß der Spannungswert jeder Quelle einer folgenden Gruppe der um den Spannungswert einer Quelle der vorangehenden Gruppe erhöhten Summe aller Spannungs­werte dieser Gruppe entspricht. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die kleinste Wertigkeit der binären Zahl der kleinsten vom Stufenschalter vorgebbaren Spannung, und die an der einstellbaren Spannungsquelle maximal vorgebbare Spannung der kleinsten vom Stufen­schalter vorgebbaren Spannung entspricht. Die einstell­bare Spannungsquelle selbst besteht insbesondere aus einer Diodenbrücke, bei der ein Transistor mit linear aussteuerbarer Kollektor-Emitter-Spannung im Querzweig angeordnet ist.
  • Die Schalter des Stufenschalters sind bevorzugt ausge­führt als zwei antiparallele Transistoren mit je einer in Kollektor-Emitter-Richtung angeordeten Reihendiode. Schließlich ist es besonders vorteilhaft, wenn am Aus­gang des Stufenschalters eine Schutzdiode in Sperrichtung angeordnet ist.
  • Anhand der nachfolgend kurz angeführten Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt
    • Figur 1 skizzenhaft eine Zusammenstellung der möglichen Pulsformen des Verbraucherstromes,
    • Figur 2 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    • Figur 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfin­dungsgemäßen Vorrichtung, und
    • Figur 4 eine besonders geeignete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schalt- und Regeleinrichtung.
  • Die insbesondere zur Speisung von Gradientenspulen ge­forderten möglichen Formen der Verbraucherstrompulse iV(t) sind skizzenhaft in der Figur 1 zusammengestellt. So können Strompulse mit und ohne Pause auch mit wechselndem Vorzeichen aufeinander folgen. Ferner sind Amplitudenänderungen ohne zwischenzeitlichen Rückgang des Stromes auf den Wert Null möglich. Im Grenzfall kann ein Impuls auch zu einem Stromanstieg mit unmittelbar darauf folgendem Abfall entarten. Eine zusätzliche An­forderung an die Pulsform kann darin bestehen, daß alle Pulse unabhängig von ihrem aktuellen Endwert eine konstante, vorgebbare Anstiegs- bzw. Abfallzeit haben. Dies ist bereits in der Darstellung der Figur 1 berück­sichtigt.
  • Zum Aufbau von Spulenfeldern mit Feldstärkegradienten von ca. 10 mT/m bedingt diese Vielfalt an möglichen Pulsformen und die Anforderungen an deren Reproduzier­barkeit einen hohen gerätetechnischen Aufwand der dazu erforderlichen Stromversorgung, insbesondere auch wegen deren großem Spannungs-Stellbereich und der geforderten Stromänderungsgeschwindigkeiten. So können Spitzenströme bis über 500 A und Dauerströme zwischen 300 bis 400 A auftreten, die in weniger als einer Millisekunde auf- ­bzw. abgebaut werden müssen. Die möglichen Dauern der Strompulse liegen dabei im Bereich zwischen 2 und 100 ms, und die zulässige Abweichung von deren Sollverlauf bei weniger als 0,4 %.
  • Die erfindungsgemäße Stromversorgung kann bei geeigneter Auslegung obige Spezifikationen mit vertretbarem geräte­technischem Aufwand erfüllen, und wird im folgenden anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert.
  • Zur schnellen und verlustarmen Einstellung der zum Auf­bau, der Aufrechterhaltung und dem Abbau der gewünschten Strompulse iV(t) notwendigen Spannung UV am induktiven Verbraucher V dienen erfindungsgemäß ein sogenannter "Stufenschalter" STS und eine einstellbare Spannungs­quelle SQ, wie sie im Prinzipschaltbild der Figur 2 dargestellt sind. Dabei besteht der Stufenschalter STS bevorzugt aus in Reihe angeordneten Gruppen von Span­nungsquellen U₁₁ ... U1N, U₂₁ ... U2M bis UP1 ... UPZ, wobei die Ausgangsspannungen aller Quellen einer jeden Gruppe gleichen Betrag haben. Ein daran angeschlossenes Schalternetzwerk aus den Schaltergruppen S₁₀ ... S1N, S₂₀ ... S2M bis SPO ... SPZ wird durch eine Schalt- und Regeleinrichtung SRE so angesteuert, daß die zum Auf-/­Abbau bzw. der Aufrechterhaltung des jeweiligen Ver­baucherstrompulses notwendige Verbraucherspannung UV durch Hintereinanderschaltung einer geeigneten Kombi­nation von Spannungsquellen möglichst genau voreinge­stellt wird. Zur Feineinstellung des genauen Betrages der Verbraucherspannung UV wird die einstellbare Span­nungsquelle SQ abhängig von der Ausgangsspannung USV des Stufenschalters STS ebenfalls von der Schalt- und Regel­einrichtung angesteuert. Damit kann die gewünschte Ver­braucherspannung nicht nur sehr schnell und genau ein­gestellt werden, sondern die auftretenden Verluste, ins­besondere in der einstellbaren Spannungsquelle, sind wegen des dort relativ kleinen Spannungsstellbereiches minimal. Entgegen den bekannten Ausführungen in Form von Schaltnetzteilen bzw. Brückenschaltungen mit Linear­reglern, die den gesamten Spannungsstellbereich konti­nuierlich beeinflussen, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorgabe der den Spulenstrom iV treibenden Verbraucher­spannung UV eine besonders oberwellen- und verlustarme Speisung induktiver Verbraucher. Dies wird insbesondere auch dadurch begünstigt, daß im Stufenschalter Spannungs­quellen je nach Bedarf unterbrechungsfrei zu- bzw. abge­schaltet werden können.
  • So muß die treibende Verbraucherspannung nun lediglich vorzeichenrichtig an den Verbraucher V angelegt werden, um einen Strompuls mit dem gewünschten Vorzeichen auf­zubauen, aufrechtzuerhalten bzw. wieder abzubauen. Hier­zu dient ein in Figur 2 dargestellter Spannungsumschal­ter SUS aus bevorzugt vier in Form einer Brücke ange­ordneten Schaltern SR1 bis SR4, bei dem der Verbraucher im Querzweig zwischen den Knotenpunkten G und H ange­schlossen ist. Die Verbraucherspannung wird durch paar­weises Betätigen der Schalter SR1, SR2 bzw. SR3, SR4 über die Steuer- und Regeleinrichtung so an den Ver­braucher angelegt, daß der über ein Meßglied erfaßte Istwert des Verbraucherstromes iV einem gewünschten Sollverlauf iV*(t) folgt.
  • Dieser erfindungsgemäße Aufbau der Stromversorgung hat den besonderen Vorteil, daß die Spannungsquellen des Stufenschalters zur Speisung weiterer, bevorzugt iden­tisch aufgebauter Stromversorgungen verwendet werden können. So kommen insbesondere bei der Kernspintomo­graphie die zum Aufbau der drei Gradientenfelder für alle Raumrichtungen benötigten drei Stromversorgungen mit einem einzigen Satz gruppenweise in Reihe angeord­neter Spannungsquellen aus.
  • Die Spannungswerte der Quellen der einzelnen Gruppen und damit die Gesamtanzahl an Spannungsquellen im Stufen­schalter werden dabei im Hinblick auf den Wert der am induktiven Verbraucher maximal benötigten Verbraucher­spannung und zum Beispiel zur Erzielung einer möglichst minimalen Stufenhöhe bzw. Anzahl an Quellen anwendungs­spezifisch ausgewählt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Werte der Ausgangsspannungen der Gruppen der Quellen untereinander so abgestuft sind, daß der Span­nungswert einer in der Reihenschaltung folgenden Gruppe der um eins erhöhten Summe aller Spannungswerte der vor­angehenden Gruppe entspricht. Der maximale Stellbereich der einstellbaren Spannungsquelle SQ entspricht dabei bevorzugt dem Spannungswert einer der Quellen einer Gruppe bzw. ist zum Erzielen eines sprunglosen Gesamt-­Stellbereiches minimal zu diesem versetzt. Es ist dabei insbesondere im Hinblick auf die Verluste besonders vor­teilhaft, wenn dieser Stellbereich gerade dem Spannungs­wert der Gruppe entspricht, die von allen Gruppen den kleinsten Betrag hat.
  • Eine bevorzugte Schalt- und Regeleinrichtung zum Be­treiben der erfindungsgemäßen Stromversorgung nach Figur 2 besteht aus einem Streckenmodell SM, einem Analog-­Digital-Wandler AD, einem Decoder DE und einem Spannungs­regler UR. Diese Elemente sind u.a. in Figur 4 darge­stellt. Der Sollverlauf eines gewünschten Strompulses wird in Form der Signale iV*(t) und deren Ableitung diV*(t)/dt dem Streckenmodell vorgegeben, daß die zum Treiben des Pulses notwendige Spannung UV* am Verbrau­cher V nach der Gleichung
    Figure imgb0002
     ermittelt. Diese stellt den bekannten Zusammenhang zwischen Spannung und Strom an einer realen Spule der Induktivität LV und dem ohmschen Widerstand RV dar. Der so ermittelte Verbraucherspannungssollwert wird durch Ansteuern des Stufenschalters STS und des Spannungsum­schalters SUS über den vom Analog-Digital-Wandler AD versorgten Decoder DE und durch Ansteuern der einstell­baren Spannungsquelle SQ über den Spannungsregler UR eingestellt. Hierzu wird der Sollwert im Analog-Digital-­Wandler in eine binäre Zahl BZ umgewandelt. Mit deren Hilfe werden über den Decoder DE die entsprechenden Schalter des Schalternetzwerkes im Stufenschalter und die entsprechenden Schalterpaare im Spannungsumschalter ausgewählt. Bei geeigneter Codierung der binären Zahl und einer dieser angepaßten Anzahl und Abstufung der Spannungsquellen im Stufenschalter können die Schalter des Schalternetzwerkes und deren Schaltzustände beinahe unmittelbar den einzelnen Stellen der binären Zahl zu­geordnet werden. Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn deren kleinste Wertigkeit gerade der kleinsten vom Stufenschalter vorgebbaren Spannung, und diese wiederum der über die einstellbare Spannungsquelle maximal vor­gebbaren Spannung UQ entspricht. Prinzipiell ist es auch denkbar, den Spannungssollwert UV* als Zahl eines belie­bigen Zahlensystems darzustellen. Schließlich wird zur Feineinstellung des genauen Wertes der Verbraucherspan­nung durch Subtraktion der Ausgangsspannung USV des Stufenschalters von dem über das Element BB gebildeten Betrag |UV*| des Sollwertes der Verbraucherspannung der Sollwert UQ* für den Spannungsregler UR gebildet, der die einstellbare Spannungsquelle SQ entsprechend seiner Regelabweichung ansteuert.
  • In Figur 3 ist ein bevorzugt verwendetes Ausführungs­beispiel der erfindungsgemäßen Stromversorgung nach Figur 2 dargestellt. Dabei sind speziell zwei Gruppen mit jeweils drei bzw. vier untereinander gleichen Span­nungsquellen U₁₁ ... U₁₃ bzw. U₂₁ ... U₂₄ im Stufen­schalter STS vorhanden, die z.B. die Spannungswerte 20 V und 80 V haben können. Die Spannungsquellen selbst ent­sprechen den Sekundärwicklungen eines Drehstromtrans­formators, die mit je einem ungesteuerten dreiphasigen Gleichrichter und einem Stützkondensator abgeschlossen sind. Die Schalter des Stufenschalters sind insbesondere ausgeführt als Gegenparallelschaltung je eines Schalt­transistors mit je einer in Kollektor-Emitter-Strom­durchlaßrichtung angeordneten Reihendiode zum Schutz vor negativen Kollektor-Emitter-Spannungen. Dies hat den besonderen Vorteil, daß bei Zuschaltung einer weiteren Spannungsquelle, z.B. innerhalb einer Gruppe, der Strom iSV sofort auf den Transistor des dazu gehörigen Schal­ters kommutiert, während der bisher stromführende Transistor über seine Reihendiode abgekoppelt ist. Schließlich ist es besonders vorteilhaft, wenn zur Ver­meidung unzulässig hoher Spannungen im Fehlerfalle am Ausgang des Stufenschalters entgegen der Spannung USV eine Schutzdiode FD in Sperrichtung angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist diese an den Knoten­punkten A und B angeschlossen. Sie dient auch als Frei­ lauf, wenn im Stufenschalter selbst kein Strompfad vorhanden ist.
  • Die einstellbare Spannungsquelle SQ besteht gemäß Figur 3 vorteilhaft aus einem als Linearregler betriebenen Leistungstransistor QT, dessen Ausgangsspannung UQ über den Spannungsregelkreis mit dem Spannungsregler UR konti­nuierlich in Abhängigkeit der Kollektor-Emitter-Spannung UQ eingestellt wird. Dieser Linearregler ist zudem im Querzweig mit den Eckpunkten E und F einer Diodenbrücke aus den vier Dioden QD1 bis QD4 angeordnet, damit ein Stromfluß iSV in beiden Richtungen möglich ist. Die Verbraucherspannung UV ergibt sich unter Anwendung der Maschenregel als Resultierende aus der Spannung des Stufenschalters USV und der einstellbaren Spannungs­quelle UQ abhängig von der aktuellen Richtung des Stromes iSV. Diese wird vom Spannungsumschalter SUS, dessen vier Schalter bevorzugt aus Schalttransistoren ST1 bis ST4 mit je einer antiparallelen Freilaufdiode SD4 bis SD1 bestehen, vorzeichenrichtig an den aus einem Ersatzwiderstand RV und eine Ersatzinduktivität LV bestehenden Verbraucher V angelegt.
  • Es ist besonders vorteilhaft, die Steuer- und Regelein­richtung SRE um weitere Komponenten zu erweitern. Diese sind insbesondere ein Pulsgeber PG, ein Verbraucher­stromregler IR, je eine Einrichtung zur Wirbelstrom- und Netzkompensation WK und NK, und ein zusätzlicher Soll­wertgeber SG2. Diese Elemente werden im folgenden an­hand der Figur 4 näher erläutert.
  • Der erfindungsgemäße Pulsgeber PG ermöglicht die Vorgabe genau definierter Verbraucherstrompulse iV*(t). Hierzu gibt ein Sollwertgeber SG1 die gewünschten Anstiegs- und Abfallzeitpunkte über ein logisches Rechtecksignal und die gewünschten Endwerte ±|iV*(t)| der einzelnen Pulse vor. Das Rechtecksignal steuert über eine Mischungs­stelle M7 einen normierten Hochlaufgeber an, der aus einem von einem Komparator K1 angesteuerten und an dessen Eingang rückgekoppelten Integrierer I mit ein­stellbarer Integrierzeit TA besteht. Das normierte Aus­gangssignal des Integrierers wird in einem Multipli­zierer MP1 mit dem aktuellen Endwert bewertet, so daß sich Strompulse mit vom Endwert unabhängiger Anstiegs- ­bzw. Abfallzeit ergeben. Es ist besonders vorteilhaft, wenn zur Ansteuerung des Streckenmodells SM zusätzlich das Signal am Eingang des Integrierers über einen zweiten Multiplizierer MP2 ebenfalls mit dem Endwert be­wertet und zur weiteren Multiplikation mit der Last­induktivität LV ausgegeben wird.
  • Zur Beseitigung eventueller Ungenauigkeiten des Strecken­modells SM kann dessem Ausgangssignal UV* bevorzugt ein Korrektursignal an der Mischungsstelle M3 aufgeschaltet werden. Dieses wird von einem zusätzlichen Verbraucher­stromregler IR aus der Regelabweichung von Verbraucher­stromist- und sollwert gebildet.
  • Eine weitere Vorrichtung bildet aus dem Verbraucherstrom­sollverlauf iV*(t) ein weiteres Korrektursignal und schaltet dies der Regelabweichung am Eingang des Ver­braucherstromreglers IR auf. Diese zur Wirbelstromkom­pensation vorgesehene Einrichtung WK berücksichtigt den dämpfenden Einfluß von Wirbelströmen, die bei der schnellen Änderung großer Magnetfelder auftreten. Ent­sprechend der Anzahl der zu kompensierenden Wirbel­stromzeitkonstanten werden Übertragungsglieder DT1 ... DTn mit differenzierend-verzögerndem Verhalten parallel­geschaltet, deren Ausgangssignale aufsummiert und in einer zusätzlichen Mischungsstelle M6 am Eingang des Reglers IR aufgeschaltet.
  • Zur Homogenisierung des Magnetfeldes im Inneren großer Spulen werden häufig zusätzlich kleine Korrektur­spulen, Shim-Spulen genannt, von außen angebracht. Sie können entfallen, wenn deren Einfluß auf das Magnetfeld besonders vorteilhaft mit einem, von einem weiteren Soll­wertgeber SG2 gebildeten, sogenannten "Shim-Sollwert" be­rücksichtigt wird. Dieser wird bevorzugt ebenfalls dem Eingang des Verbraucherstromreglers IR an der Mischungs­stelle M6 aufgeschaltet.
  • Schließlich können plötzliche Netzspannungsschwankungen zu erheblichen Veränderungen der Spannungswerte der Quellen des Stufenschalters STS führen. In einem solchen Fall können am Eingang des Spannungsreglers UR Sollwerte UQ* entstehen, die zu einer Über- bzw. Unterschreitung des möglichen Stellbereiches der einstellbaren Spannungs­quelle SQ führen würden. So ist es vorteilhaft, bei Über- bzw. Unterschreiten von Maximal- bzw. Minimalwer­ten UQMAX bzw. UQMIN des Sollwertes UQ* einen Zähler Z zurück- bzw. hinaufzuzählen. In einem Addierer BA wird die binäre Zahl BZ um das Ausgangssignal des Zählers Z erhöht, so daß z.B. bei einem Netzspannungseinbruch zu­sätzliche Spannungsquellen des Stufenschalters zur Stützung der Ausgangsspannung USV soweit vorhanden zugeschaltet, bzw. bei Netzüberspannungen abgeschaltet werden.
  • Der Decoder DE hat bei Schaltern des Stufenschalters STS, die entsprechend der Figur 3 als Gegenparallelschaltung von Transistoren ausgeführt sind, die zusätzliche Auf­gabe, entsprechend dem aktuellen Vorzeichen des Stromes iSV(t) den jeweils in Stromflußrichtung liegenden Transistor des entsprechenden Schalters anzusteuern. Hierzu wird gemäß Figur 4 das Vorzeichen des Stromes iSV über einen Komparator K4 erfaßt und eines der beiden vom Decoderausgang zu jedem Schalter S₁₀ ... S₂₄ der Figur 3 führenden Signale aktiviert.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Erzeugung kurzer Strompulse mit hoher Flankensteilheit und großem Endwert für induktive Ver­braucher, insbesondere für Gradientenspulen zur Kern­spintomographie, bei der zum schnellen Aufbau eines Pulses eine hohe und zu dessen Aufrechterhaltung eine niedrige Verbraucherspannung angelegt wird, gekennzeichnet durch
a) einen Stufenschalter (STS) zur Voreinstellung des Betrages der jeweiligen Verbraucherspannung (UV),
b) eine einstellbare Spannungsquelle (SQ) in Reihe zu Stufenschalter (STS) und Verbraucher (V) zur Fein­einstellung des Betrages der Verbraucherspannung (UV),
c) einen Spannungsumschalter (SUS), durch den die jeweilige Verbraucherspannung in ihrem Vorzeichen so an den Verbraucher angelegt wird, daß die einzelnen Strompulse schnell auf- bzw. abgebaut werden, und
d) eine Schalt- und Regeleinrichtung (SRE), welche ab­hängig vom Endwert, der Flankensteilheit und dem Vorzeichen der Pulse den Stufenschalter, die regel­bare Spannungsquelle und den Spannungsumschalter ansteuert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenschalter (STS) aus in Reihe angeordneten Gruppen untereinander gleicher Spannungsquellen (U₁₁ ... U1N, U₂₁ ... U2M, ..., UP1 ... UPZ) und einem daran angeschlossenen Schal­ternetzwerk (S₁₀ ... S1N, S₂₀ ... S2M, ..., SPO ... SPZ) besteht.
3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuer- und Regeleinrichtung (SRE) aus
a) einem Streckenmodell (SM), das entsprechend dem Last­widerstand RV und der Lastinduktivität LV aus der vorgegebenen Form iV*(t) des jeweiligen Strompulses den Sollwert UV* der Verbraucherspannung nach der Gleichung
Figure imgb0003
 vorsteuert,
b) einem Analog-Digital-Wandler (AD), der den Sollwert der Verbraucherspannung (UV*) in eine binäre Zahl (BZ) umsetzt,
c) einem Decoder (DE), der den Stufenschalter (STS) ent­sprechend dem Betrag der binären Zahl (BZ) zur Vor­einstellung der Verbraucherspannung und den Spannungs­umschalter (SUS) entsprechend dem Vorzeichen der binären Zahl zum vorzeichenrichtigen Anlegen der Verbraucherspannung ansteuert, und
d) einen Spannungsregler (UR), der die einstellbare Spannungsquelle (SQ) abhängig von der Differenz aus Ausgangsspannung des Stufenschalters (USV (t)) und dem Betrag (BB) des Sollwertes der Verbraucherspan­nung (|UV*|), und abhängig von der Abweichung dieser Differenz von der Ausgangsspannung (UQ) der einstell­baren Spannungsquelle ansteuert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 , gekennzeich­net durch einen Verbraucherstromregler (IR), der aus der Regelabweichung von Verbraucherstrom-Ist- ­und Sollwert ein Korrektursignal bildet und dem Soll­wert der Verbraucherspannung (UV*) aufschaltet (M3).
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 , gekennzeichnet durch einen Puls­geber (PG), bei dem durch einen Sollwertgeber (SG1) End­werte (±|iV*|), Anstiegs- und Abfallzeitpunkte der Strompulse vorgegeben werden, bei jedem Pulsanstieg bzw. -abfall ein normierter Hochlaufgeber mit einstellbarer Integrierzeit (TA), enthaltend einen von einem Kompara­tor (K1) angesteuerten und an dessen Eingang (M7) gegen­gekoppelten Integrierer (I), startet und nach Multipli­kation der Integriererausgangs- und -eingangsgrößen (MP1, MP2) mit den jeweiligen Endwerten der Sollverlauf der einzelnen Strompulse (iV*(t)) und deren Ableitungen (diV*(t) / dt) als Kenngrößen ausgegeben werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 , gekennzeichnet durch eine Einrich­tung zur Wirbelstromkompensation (WK) aus einer von den zu berücksichtigenden Wirbelstromzeitkonstanten abhängigen Anzahl paralleler Übertragungsglieder mit differenzierend-verzögerndem Verhalten (DT₁ ... DTn), welche ein vom Sollverlauf des jeweiligen Strompulses (iV*(t)) abhängiges Ausgangssummensignal der Regelab­weichung des Verbraucherstromreglers (IR) aufschalten.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 , gekennzeichnet durch eine Ein­richtung zur Netzkompensation (NK), bei der bei Über- ­bzw. Unterschreiten eines Maximal- bzw. Minimalwertes (K2, K3) des Sollwertes (UQ*) des Spannungsreglers (UR) ein binärer Zähler (Z) herunter- bzw. hochgezählt und dessen Inhalt der binären Zahl (BZ) aufaddiert wird (BA).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß der Regelabweichung des Verbraucherstromreglers (IR) ein in einem Sollwertgeber (SG2) gebildeter Wert als Ersatz für den Einfluß von ansonsten zusätzlich am induktiven Ver­braucher angebrachten Shim-Spulen aufgeschaltet wird.
9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsumschalter (SUS) aus vier in Form einer Brücke angeordneten Schaltern (SR1 ... SR4) besteht, wobei der Verbraucher (V) in deren Querzweig (GH) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, daß jeder der vier Schalter des Spannungsumschalters (SUS) aus einem Schalttransistor (ST1 ... ST4) mit antiparalleler Frei­laufdiode (SD4 ... SD1) besteht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10 , dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungswerte der Gruppen untereinander gleicher Spannungsquellen des Stufenschalters (STS) so abgestuft sind, daß der Spannungswert jeder Quelle einer folgenden Gruppe der um den Spannungswert einer Quelle der voran­gehenden Gruppe erhöhten Summe aller Spannungswerte dieser Gruppe entspricht.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die kleinste Wertigkeit der binären Zahl (BZ) der kleinsten vom Stufenschalter vorgebbaren Spannung (USV) ent­spricht.
13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an der einstellbaren Spannungsquelle (SQ) maximal vorgebbare Spannung der kleinsten vom Stufenschalter vorgebbaren Spannung entspricht.
14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Spannungsquelle (SQ) aus einer Dioden­brücke (QD1 ... QD4) besteht, bei der ein Transistor (QT) mit linear aussteuerbarer Kollektor-Emitter-­Spannung (UQ) im Querzweig (EF) angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter des Stufenschalters (STS) ausgeführt sind als zwei antiparallele Transistoren mit je einer in Kollektor-Emitter-Richtung angeordneten Reihendiode.
16. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Stufenschalters (STS) eine Schutzdiode (FD) in Sperrichtung angeordnet ist.
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